紡織用微膠囊制作方式研討

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本文作者：張成蓉 單位：五邑大學(xué)紡織服裝學(xué)院

聲化學(xué)可利用超聲波加速化學(xué)反應(yīng)或啟通新的反應(yīng)通道，提高化學(xué)反應(yīng)速率或獲取新的化學(xué)反應(yīng)物［5］，因此具有更為廣泛的應(yīng)用。

微膠囊的制備方法

微膠囊技術(shù)作為無(wú)公害的技術(shù)，已在整個(gè)紡織領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用［6］，如將染化料、整理劑等制成微膠囊，再固著到織物上，使其具有特殊的性能。目前制備微膠囊的方法有很多，大致可以分為物理法、化學(xué)法和物理化學(xué)法［7］。物理法是利用物理和機(jī)械原理來(lái)制備微膠囊，主要包括空氣懸浮法、噴霧干燥法、包結(jié)絡(luò)合法、靜電結(jié)合法、多孔離心法等，其中噴霧干燥法因其成本低廉的優(yōu)勢(shì)在工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用最多。有國(guó)外學(xué)者通過(guò)使用超聲波霧化器［8］，優(yōu)化了微膠囊的制備工藝，使制得的微膠囊具有明顯的囊膜結(jié)構(gòu)，達(dá)到較好的成囊效果。化學(xué)法是利用單體小分子發(fā)生聚合反應(yīng)生成高分子或膜材料并將芯材包覆，主要包括界面聚合法、原位聚合法和銳孔法。其中界面聚合法制得的微膠囊化產(chǎn)品較多，例如微膠囊化甘油、藥用潤(rùn)滑油、胺、酶、血紅蛋白等，這些產(chǎn)品在醫(yī)藥紡織品中都有著較好的應(yīng)用前景［9］。物理化學(xué)法則是通過(guò)改變條件（pH值、溫度、加入電解質(zhì)等）使溶解狀態(tài)的壁材從溶液中聚沉出來(lái)，而將芯材包覆形成微膠囊，具體包括相分離凝聚法、干燥浴法、熔化分散冷凝法與粉末床法。由于凝聚法的包埋率很高，可達(dá)85％～100％，目前多用于一些親水性物質(zhì)的微膠囊化。

超聲波技術(shù)在紡織用微膠囊制備中的應(yīng)用

在微膠囊的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)中，微膠囊的粒徑大小以及分布狀態(tài)是兩個(gè)重要的指標(biāo)［10］。良好的微膠囊形態(tài)可以有效地確保微膠囊產(chǎn)品在紡織品的后整理中保持性能的穩(wěn)定性。目前，相變材料（PCM）因其良好的調(diào)溫功能被廣泛應(yīng)用到織物上，將相變材料進(jìn)行微膠囊化后制成了相變微膠囊材料成為了研究的熱點(diǎn)。段武海等［11］采用超聲波粉碎機(jī)對(duì)相變微膠囊材料進(jìn)行分散，研究不同超聲時(shí)間的效果，并用激光粒徑儀對(duì)微膠囊進(jìn)行粒徑分布分析。結(jié)果表明：超聲時(shí)間的增加，有利于微膠囊的形成，此時(shí)的微膠囊粒徑分布集中，顆粒均勻、飽滿。閆飛等［12］通過(guò)在物質(zhì)反應(yīng)過(guò)程中增加超聲波震蕩環(huán)節(jié)，制備出了粒徑為1．4μm，分布指數(shù)PDI為2．93的相變微膠囊（如圖1［12］所示）。從圖1中可以看出，未經(jīng)超聲波震蕩的微膠囊分散程度較差，并且膠囊之間相互粘著現(xiàn)象較嚴(yán)重，甚至部分膠囊表面出現(xiàn)了破裂。分析其原因可能是因?yàn)槲⒛z囊顆粒較大，表面發(fā)生了破裂，或者壁材在界面反應(yīng)不充分，未能全部包覆乳化后的相變材料微球。由此可得：超聲波對(duì)于微膠囊的粒徑影響較大，在微膠囊的制備中起到了減小微膠囊粒徑的作用。PersicoP．等［13］在選取合適穩(wěn)定劑和攪拌速度的基礎(chǔ)上，考察了超聲波對(duì)微膠囊成囊效果的影響，制備出了荷荷巴油微膠囊。經(jīng)超聲5min后的微膠囊，形態(tài)較好，尺寸達(dá)到5μm，并有平滑的囊膜出現(xiàn)。但隨著超聲溫度的增加，當(dāng)溫度達(dá)到70℃時(shí)，囊壁溶解，微膠囊的形態(tài)消失。因此進(jìn)行超聲波優(yōu)化工藝時(shí)，需考慮選擇適宜的超聲時(shí)間和超聲溫度。無(wú)機(jī)材料在高分子材料的應(yīng)用中通常存在與材料相容性不好、影響材料力學(xué)性能等問(wèn)題，而減小無(wú)機(jī)材料的粒徑可以較好地解決上述問(wèn)題。熊聯(lián)明等［14］采用蜜胺樹(shù)脂預(yù)聚體原位法包覆，并結(jié)合超聲波技術(shù)，制得了微膠囊紅磷阻燃劑的超細(xì)粉體。由于超聲波的劇烈振蕩破壞了團(tuán)聚體大顆粒中小微粒之間的庫(kù)侖力或范德華力，從而使反應(yīng)物以小顆粒的形式分散于溶液之中，結(jié)果使得微膠囊粒徑變小，粒徑分布變窄。

超聲波水浴法制備膠囊的方法，國(guó)內(nèi)已有很多報(bào)道，其主要原理是利用超聲波的空化作用代替攪拌力來(lái)制得微膠囊產(chǎn)品。番茄紅素作為一種天然色素，可在紡織印染工藝中用作天然染料，但由于其色素的穩(wěn)定性在后整理工藝中較差，因此對(duì)番茄紅素微膠囊包埋率的研究成為了研究的難點(diǎn)。董華強(qiáng)等［15］在以明膠—阿拉伯膠為壁材的復(fù)合凝聚法制備番茄紅素微膠囊的過(guò)程中，采用了25kHz聲頻，150W聲強(qiáng)，間歇式發(fā)聲20次／min的超聲波。用兩種超聲發(fā)生時(shí)間（0．3s／次和0．6s／次）和不同總處理時(shí)間（0、l、2、3、4min和5min）對(duì)反應(yīng)溶液進(jìn)行超聲處理，以觀察超聲處理對(duì)番茄紅素微膠囊制備效果的影響。經(jīng)過(guò)超聲處理后，番茄紅素微膠囊化的包埋率從未處理的40％左右提高到近90％，并且包埋率的提高隨超聲波總處理時(shí)間的增加在一定范圍呈增加趨勢(shì)。同時(shí)微膠囊顆粒的平均粒徑減小了，并且顆粒大小分布的均一性也提高了。之后，陸續(xù)有研究人員對(duì)不同的微膠囊產(chǎn)品進(jìn)行了包埋率提高性的研究。例如，劉樹(shù)興等［16］選取對(duì)姜黃色素微膠囊產(chǎn)品包埋率影響較大的超聲功率、芯壁材、包埋時(shí)間和包埋溫度進(jìn)行單因素試驗(yàn)，通過(guò)單因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響的變化趨勢(shì)，為后續(xù)的正交試驗(yàn)優(yōu)化選取合適水平，最終得出超聲波水浴法制備微膠囊各因素的重要性，其順序依次為：超聲功率、芯壁比、包埋時(shí)間和包埋溫度。由于超聲功率的大小決定振動(dòng)的快慢，會(huì)影響色素分子擴(kuò)散的速度，進(jìn)而影響色素的包埋率。結(jié)果表明：姜黃色素的包埋率在溫度為60℃時(shí)達(dá)到最大；隨超聲功率的增加包埋率增大，并呈上升趨勢(shì)，在250W的超聲功率時(shí)包埋率達(dá)到95％。陳梅香等［17］采用分子包埋法，以β－環(huán)糊精為壁材，并結(jié)合超聲波法對(duì)抗氧化劑BHT進(jìn)行微膠囊化，主要研究了超聲時(shí)間對(duì)其膠囊包埋率的影響。結(jié)果表明：當(dāng)壁材與芯材的比例為88∶12，超聲波處理時(shí)間為45min時(shí)，微膠囊的產(chǎn)品效果最好，包埋率可達(dá)85％。目前抗氧化劑BHT在紡織領(lǐng)域中可用作抗黃變劑，尤其是用于尼龍織物的生產(chǎn)，將BHT微膠囊化的研究應(yīng)用于紡織材料中將會(huì)有更長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。

隨著對(duì)相變材料研究的深入，其應(yīng)用已經(jīng)滲透到紡織染整工藝各個(gè)環(huán)節(jié)。然而，相變材料的應(yīng)用還存在著不小的問(wèn)題，比如：直接應(yīng)用于印染后整理時(shí)，會(huì)造成牢度低、手感差、影響織物的服用性能等問(wèn)題。因此，在應(yīng)用相變材料前將其進(jìn)行微膠囊化，可以解決相變材料應(yīng)用于織物后手感差的問(wèn)題。同時(shí)，超聲波的空化作用使得長(zhǎng)鏈高分子部分分解，通過(guò)控制空化時(shí)間和強(qiáng)度，可以改變相變激發(fā)點(diǎn)，為獲得特定溫度激發(fā)點(diǎn)下的相變儲(chǔ)能微膠囊提供了有效的方法［11］。由超聲波分散制備的相變微膠囊［18］表面光滑，分散均勻，粒徑大小在1～5μm之間；熱重測(cè)試分析表明：制備的相變微膠囊比芯材相變材料的裂解溫度提高70℃，耐熱性能明顯提高。將制備的相變微膠囊整理到棉織物上后，對(duì)比整理前的棉織物，整理后的具有較好的調(diào)溫功能，并且其他服用功能都保持良好。超聲波的各種效應(yīng)可帶來(lái)微膠囊制備過(guò)程中反應(yīng)物質(zhì)的變化，從而引起其性能的變化和改善。張凱等［19］在超聲波場(chǎng)下對(duì)納米鋁粉進(jìn)行親油處理，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下的無(wú)水乙醇中引發(fā)苯乙烯原位分散聚合反應(yīng)，成功制備出納米鋁粉／PS微膠囊。在納米鋁粉的預(yù)處理過(guò)程中，引入超聲波場(chǎng)不僅有利于納米粒子的分散，而且利用超聲波清洗納米粒子表面，可暴露出許多新鮮的、而且活性更高的表面，有利于表面活性劑的有效吸附。基于此研究，將超聲波技術(shù)與納米技術(shù)及微膠囊技術(shù)有效地結(jié)合起來(lái)，可以開(kāi)發(fā)出更多的功能性紡織品。

結(jié)語(yǔ)

超聲波因其空化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)，在微膠囊材料的制備過(guò)程中起到了強(qiáng)化作用。當(dāng)超聲波通過(guò)液體介質(zhì)時(shí)，液體介質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生超空化現(xiàn)象，超聲波通過(guò)超聲空化能量為化學(xué)反應(yīng)提供了一種非常特殊的反應(yīng)環(huán)境，可引發(fā)化學(xué)反應(yīng)并提高反應(yīng)速率。經(jīng)超聲處理后的膠囊都具有粒徑較小且分布相對(duì)均勻、包埋率高的特點(diǎn)，有些甚至被賦予了更多的新的化學(xué)特性。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，如何獲得納米尺寸的微膠囊，是今后研究的重點(diǎn)和發(fā)展的趨勢(shì)。鑒于當(dāng)前市場(chǎng)上已經(jīng)有工業(yè)規(guī)模的超聲波發(fā)生設(shè)備，因此，超聲波技術(shù)在微膠囊制備中將有更廣闊的應(yīng)用前景，將進(jìn)一步推動(dòng)紡織新材料、新工藝的發(fā)展。